CN102392377A - 精制棉电催化氧化制浆方法和生产系统设备 - Google Patents

Abstract

一种精制棉电催化氧化制浆方法和生产系统设备，属于精制棉生产技术领域，它工艺是棉短绒包经过开棉机打开后，通过复合喂棉器制成短绒被，该短绒被由双夹带进入浸渍机，采用现场制备羟基自由基活性氧和氧气的方法连续提供制浆药剂，短绒被与制浆助剂充分浸渍后进入电催化氧化反应器，浆进入滞留反应器，滞留反应器中通入一定压力的蒸汽，生产的半浆再进入置换洗涤工段、挤压、烘干阶段，烘干后得到精制棉纤维素产品。利用方法及其系统设备可以实现制浆过程无黑液，节约资源，降低能耗；制浆得率高，并且可实现清洁连续制浆。

Description

精制棉电催化氧化制浆方法和生产系统设备

技术领域

本发明涉及一种精制棉生产技术领域，特别是一种精制棉电催化氧化制浆方法和生产系统设备。

背景技术

精制棉是以棉短绒为主要原料经高温碱法制浆而生产出的一种纤维素材料，具有增稠赋型的功能。它是制造醚类纤维素(如CMC、HEC、HPMC、MC等等)、硝化纤维素(硝化棉)和醋酸纤维素的主要材料，广泛用于食品、医药、日化、塑料、电子、造纸、冶金、航空航天等众多领域，被誉为“特种工业味精”。

精制棉生产在我国已有几十年的历史，国内精制棉生产主要以棉短绒作原料，采用碱法蒸煮、次氯酸钠漂白(有的也采用二氧化氯或用氯气管道氯化)、压榨驱水、气流烘干等方法，但目前国内的碱法蒸煮和次氯酸钠漂白的传统碱法制浆工艺存在以下主要问题：一是污染非常严重，高温碱法蒸煮会产生大量的制浆黑液，黑液有机物浓度大，CODcr高达20000mg/L；二是制浆得率低，色泽不匀，用次氯酸钠漂白，脱氯、酸处理等后处理工序洗涤耗水量大，吨产品消耗水达150～200吨，并产生大量的污水；三是传统的制浆工艺为间歇生产过程，装备落后，蒸煮时间长达6-7小时，生产效率低。这些问题严重制约了国内精制棉产业的发展，而且还影响了下游行业棉纤维素(醚类纤维素、硝化纤维素、醋酸纤维素)的发展。因此，开发出高效率、低能耗、无污染的制浆工艺已成为精制棉生产企业的紧迫课题。

发明内容

本发明的技术任务是针对上述现有技术中的不足，而提供一种精制棉电催化氧化制浆方法，该方法的特点是制浆过程不再产生黑液，节约资源，降低能耗；制浆得率高，可实现清洁连续制浆。

本发明还提供了基于上述方法的生产系统设备。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该种精制棉电催化氧化制浆方法，其特征是，棉短绒包经过开棉机打开后，通过复合喂棉器制成短绒被，该短绒被由双夹带进入浸渍机，采用现场制备羟基自由基活性氧和氧气的方法连续提供制浆药剂，短绒被与制浆助剂充分浸渍后进入电催化氧化反应器，浆进入滞留反应器，滞留反应器中通入一定压力的蒸汽，生产的半浆再进入置换洗涤工段、挤压、烘干阶段，烘干后得到棉纤维素产品。

在进入滞留反应器前的原料经过五步除杂预处理：

第一步：带有钉耙的开棉机，将棉短绒包打开，在拨开棉包过程中将部分棉皮壳除掉；

第二步：打开的短绒经料滚带入输送带，利用带有振动功能的输送带和带上的小孔将棉壳进一步脱落，并经滑落板落入到收集器；

第三步：短绒经带有缝隙的旋风除尘器将棉壳进一步从缝隙处脱除；

第四步：再经带有一定开孔的双颊套输送管线，使得细小的棉壳从管路除杂器中除掉；

第五步：进入浸渍机，在浸渍过程中，利用浸渍池中的液位，将原料中的沙子杂质分离到液相中；沙子经锥形除砂器除掉，药液循环使用。

基于上述方法的精制棉电催化氧化制浆生产系统设备，其特征是，它包括主要由开棉机、旋风除尘器、双颊套输送管线、复合喂棉机、浸渍机、电催化氧化反应器和滞留反应器、螺旋压榨洗浆机以及打浆机依序组成的制浆系统设备；一现场羟基自由基活性氧制造系统和药剂喷淋装置连接在浸渍机所在系统前；

本发明具有以下突出的有益效果：

本工艺采用高浓低温带式输送连续制浆工艺取代低浓高温间歇反应制浆工艺，并通过光波、电磁波场催化诱导产生高能量的氧自由基，使原料中的木质素、果胶等带色基团褪色，同时使天然高分子在十几分钟内就发生快速断裂反应。该工艺实现了从源头上对制浆黑液的治理，降低了能耗，节约了用水和污水处理费用，解决了节能减排、环境污染的问题，突破了行业发展的关键技术瓶颈。

①采用双夹带浸渍技术取代传统的螺旋压榨预浸技术，以输送带的方式输送物料，使物料与制浆药剂在很短的时间内达到完全的混合、浸渍、渗透，同时在反复挤压、震动的作用下，将含在物料中的杂子沉入药液池，再通过除杂器去除，提高制浆反应效率。

②采用现场制备羟基自由基活性氧和氧气的方法，连续提供制浆药剂，促进纤维完全脱脂，保证产品稳定性；

③采用电催化氧化法，实现连续高浓制浆，缩短反应时间，杜绝黑液产生，削减污染物产生量，降低水耗，提高产品收率；

④采用蒸煮预前处理系统，通过多步除杂去除棉短绒中的杂质，保证产品质量。

附图说明

附图1是本发明的系统设备连接关系图；

附图2：传统工艺产品与本工艺产品的色度对比照片，其中色度浅色的为本工艺产品；

附图3：传统工艺产品与本工艺产品的黑液对比照片，其中色度浅色的为本工艺产品；

附图标记说明：1开棉机，2旋风除尘器，3双颊套输送管线，4排尘管道，5至滤尘系统管路，6复合喂棉机，7浸渍机，8羟基自由基活性氧制造系统，9电催化氧化反应器，10滞留反应器，11第一浆池，12洗浆机，13第二浆池，14打浆机，15第三浆池。

具体实施方式

如图1所示，精制棉电催化氧化制浆生产系统设备，它包括主要由开棉机1、旋风除尘器2、双颊套输送管线3、复合喂棉机6、浸渍机7、催化氧化反应器9、滞留反应器10、螺旋压榨洗浆机12以及打浆机14组成的制浆系统设备。

开棉机1为现有设备，它是将紧压的棉短绒包松解成较小的棉块或棉束，以利混合、除杂作用的顺利进行。该步骤中的除杂作用是带有钉耙的开棉机，将棉短绒包打开，在拨开棉包过程中将部分棉壳除掉；开棉机的混棉作用是将不同成分的棉短绒进行充分而均匀地混和，以利精制棉质量的稳定。开棉机的后端设有输送带。

打开的短绒经料滚带入输送带，经由输送带的输送至相连的下一设备为旋风除尘器2，在输送过程中，利用带有振动功能的输送带和带上的小孔将棉壳进一步脱落除尘，棉壳经位于输送带下的滑落板落入到位于滑落板下方的收集器内；短绒经带有缝隙的旋风除尘器将棉壳进一步从缝隙处脱除，此为第三次除尘；旋风除尘器本身属于现有技术。

旋风除尘器2经带有一定开孔的双颊套输送管线3连接至复合喂棉机6，使得细小的棉壳从管路除杂器中除掉，此为第四次除尘。通过复合喂棉机6将前步骤输送而来的精制棉原料制成短绒被，复合喂棉机为具有除尘功能的喂棉机，该复合喂棉机配有排尘管道4，再由至滤尘系统管路5进行除尘，优化生产环境；采用复合振动，原料容易振实，振动板采用网眼结构，使得棉箱内外气压一致，保证喂棉均匀；单罗拉浮动顺向给棉，减少纤维损伤。

该短绒被由双夹带进入浸渍机7，达到药剂快速渗透。传统的精制棉生产是将原料棉短绒与碱液预浸是在螺旋压榨预浸机完成的，主要靠铰龙输送。由于棉短绒表面附着油脂层，碱液不易浸润到棉短绒的纤维腔内，短绒与铰龙的混合浸渍，既无除杂功能，能耗又高，而且还影响纤维的完全反应，反应不均。

本发明采用双夹带浸渍技术，代替原有的螺旋压榨预浸机。所谓双夹带为一组滚筒驱动的上环带，和另一组滚筒驱动的下环带组成，短绒被由双夹带进入浸渍机7。物料在进入浸渍机前，用位于双夹带上方的喷淋管(药剂喷淋装置)将药剂均匀地喷洒在已制成的短绒被上，后被双夹带送入浸渍机，物料均匀地浸在药液池中，反复多次的挤压、松弛、震动和挤压脱水，这样物料完全被浸透。由于震动和反复挤压的作用，含在物料中的少量沙子杂质，被沉到药液池的底部，在积累一定时间后，底部的含沙子杂质的料液经除砂器除去，在进入催化反应器之前又经过了一次除杂。双夹带浸渍技术是以输送带的方式输送物料的，万吨级生产装置的输送功率仅为8千瓦。双夹带技术实现了在低功率下，药剂与物料在短时间充分混合。

羟基自由基活性氧制造系统8位于浸渍机7前，它利用离子膜电催化偶对合成羟基自由基活性氧和氧气，现场制备可以保证持续的供给量。采用钛基涂层电极(DSA)，加入少量的还原剂，通过电化学反应产生短寿命的中间物e(溶剂化电子)、HO^-、HO₂ ^-、O₂ ^-等自由基，作为氧化降解剂，DSA电极克服了传统的石墨电极、铂电极等电极的不足之处，可根据所反应的要求，设计电极材料的结构、组成，通过材料的加工、涂覆工艺改变电极的化学和电化学性质，具有工作电压低、电能消耗小工作寿命长，同时具有良好的稳定性和催化活性。从成浆质量上来看，对棉籽壳、木籽的脱除较彻底，看不到尘埃点，棉浆白度好，强度高，同时对半纤维素伤害少，有利于聚合度、甲纤的提高。而且可根据精制棉下游厂家对精制棉聚合度的要求通过控制台计算机随时调整现场供给浓度，保证产品品质的稳定性。通过光波催化场诱导催化激发产生高能量的氧自由基，并使原料中的木质素、果胶等带色基团褪色，同时天然高分子发生快速断裂反应，实现高浓连续制浆。

短绒被与制浆助剂充分浸渍后进入电催化氧化反应器9，采用电催化氧化法，实现了连续高浓制浆，缩短了反应时间，杜绝了黑液的产生，水耗大幅降低，还可提高产品收率。电催化本质是通过改变电极表面修饰物或溶液相中粒子电极的修饰物来大范围地改变反应的电势或反应速率，使电极除具有电子传递功能外，还能对电化学反应进行某种促进和选择。该反应器是将多种物理化学催化反应手段结合在一起，按照产品对聚合度的不同要求，加入不同的药剂组合，可使得原料的聚合度在极短的时间内(2-15分钟)调整到不同产品所需的数量级上，同时将木质素等带色集团褪色。与传统的蒸球低浓制浆工艺相比，CODcr减少55％，色度减少70％，制浆过程不再产生黑液，吨制浆废水的排放量由150吨减少到40吨。其废经处理后，可回收利用，实现制浆的清洁生产。同时，也减少了碱蒸煮对纤维的破坏，提高产品的收率。

浆液自电催化氧化反应器9中排出后进入下一个相连的滞留反应器10，滞留反应器中通入一定压力的蒸汽，第一浆池11为洗浆池，第一浆池11连接洗浆机12，该洗浆机12为螺旋压榨洗浆机，洗浆机12排出的浆料进入第二浆池13再次洗涤，然后经由打浆机14进入第三浆池15，再经过挤压、烘干阶段，烘干后得到精制棉纤维素产品。

制浆方法是，棉短绒包经过开棉机打开后，通过复合喂棉器制成短绒被，该短绒被由双夹带进入浸渍机，采用现场制备羟基自由基活性氧和氧气的方法连续提供制浆药剂，短绒被与制浆助剂充分浸渍后进入电催化氧化反应器，浆进入滞留反应器，滞留反应器中通入一定压力的蒸汽，生产的半浆再进入置换洗涤工段、挤压、烘干阶段，烘干后得到棉纤维素产品。有关物料配比、加料顺序、加料方式、反应时间、反应温度等影响因素，一般技术人员根据本领域常识可以选用。

经检测，主要技术经济指标：产品质量达到精制棉GB/T9107-1999、Q/ZJH006-2008和Q/ZJH004-2006；吨产品耗水从150吨下降到40吨，吨产品节能70kg标煤，蒸煮残液CODcr削减55％，制浆过程不再产生黑液。吨产品在资源消耗上可节支267.75元(见表1)；提高收率2.3％，增收177元(见表2)，累计节支增收444.75元。

表1传统工艺与本发明工艺资源消耗对比分析(吨产品)

表2传统工艺与本发明工艺产品收率对比

Claims (3)

1.一种精制棉电催化氧化制浆方法，其特征是，棉短绒包经过开棉机打开后，通过复合喂棉器制成短绒被，该短绒被由双夹带进入浸渍机，采用现场制备羟基自由基活性氧和氧气的方法连续提供制浆药剂，短绒被与制浆助剂充分浸渍后进入电催化氧化反应器，浆进入滞留反应器，滞留反应器中通入一定压力的蒸汽，生产的半浆再进入置换洗涤工段、挤压、烘干阶段，烘干后得到精制棉纤维素产品。

2.根据权利要求1所述的精制棉电催化氧化制浆方法，其特征是，在进入滞留反应器前的原料经过五步除杂预处理：

第一步：带有钉耙的开棉机，将棉短绒包打开，在拨开棉包过程中将部分棉皮壳除掉；

第二步：打开的短绒经料滚带入输送带，利用带有振动功能的输送带和带上的小孔将棉壳进一步脱落，并经滑落板落入到收集器；

第三步：短绒经带有缝隙的旋风除尘器将棉壳进一步从缝隙处脱除；

第四步：再经带有一定开孔的双颊套输送管线，使得细小的棉壳从管路除杂器中除掉；

第五步：进入浸渍机，在浸渍过程中，利用浸渍池中的液位，将原料中的沙子杂质分离到液相中；沙子经锥形除砂器除掉，药液循环使用。

3.基于上述1或2所述方法的精制棉电催化氧化制浆生产系统设备，其特征是，它包括主要由开棉机、旋风除尘器、双颊套输送管线、复合喂棉机、浸渍机、电催化氧化反应器、滞留反应器、螺旋压榨洗浆机以及打浆机依序组成的制浆系统设备；一现场羟基自由基活性氧制造系统和药剂喷淋装置连接在浸渍机所在系统前。

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